Химики XVII века узнавали кислоту и по вкусу. Роберт Бойль в 1661 году поставил кислый вкус первым в списке признаков кислоты. Как мы чувствуем кислый вкус, наука выяснила только в 2019 году, и ответ оказался химическим.
Язык ловит ионы водорода, или протоны, - тот самый признак, по которому химия сегодня определяет кислоту. Во вкусовую клетку они входят через белок OTOP1, крошечный канал в ее оболочке. С кислыми паучами то же самое - кислинку в них чувствует язык, а аромат яблока или малины различает нос.
Что делает кислоту кислой
Долго считалось, что кислый вкус кислотам дает кислород. Так в конце XVIII века решил Антуан Лавуазье - по его мнению, кислород входил в состав всех кислот.
Лавуазье ошибся. Уже в начале XIX века Хэмфри Дэви показал, что в соляной кислоте кислорода нет, и примерно к 1840 году химики признали главным в кислоте водород. Точную формулировку дал швед Сванте Аррениус - он объяснил, что в воде кислота отдает протоны. Нобелевскую премию за теорию электролитической диссоциации он получил в 1903 году.
Как нашли рецептор кислого вкуса
Рецепторы сладкого и горького вкусов и вкуса умами описали раньше, а рецептор кислого вкуса долго не удавалось найти. Эмили Лиман и ее лаборатория в Университете Южной Калифорнии знали только, что клетки кислого вкуса реагируют на ионы водорода, которые проникают внутрь. Через какую «дверь» они проходят, оставалось загадкой.
Разгадка пришла в 2018 году. Аспирант лаборатории Юй-Сян Ту перебрал больше трех десятков генов-кандидатов и нашел белок, который пропускает в клетку протоны. Его назвали отопетрином-1, сокращенно OTOP1. «Когда Юй-Сян позвал меня в лабораторию и показал результаты, я не могла поверить, что мы наконец его нашли», - вспоминала Лиман.
Решающие работы вышли в 2019 году сразу у двух независимых групп. Команда Лиман вместе с Сью Киннамон из Университета Колорадо изучила мышей с отключенным геном Otop1. Протонный ток в их вкусовых клетках, отвечающих за кислое, исчез, а ответ вкусовых нервов на кислоты резко ослаб. Чарльз Цукер и его коллеги из Колумбийского университета получили тот же результат и поставили обратный опыт - добавили OTOP1 в клетки, которые распознают сладкое. После этого такие клетки начали реагировать и на кислое.
Кислое распознает отдельный тип вкусовых клеток. Такие клетки есть во вкусовых почках языка и неба, и именно в их оболочке работает канал OTOP1.
Как мы чувствуем кислый вкус - путь сигнала
Сигнал о кислинке проходит четыре шага:
- ионы водорода попадают через канал OTOP1 внутрь вкусовой клетки;
- клетка закисляется изнутри, и калиевый канал KIR2.1 закрывается;
- клетка возбуждается и передает сигнал вкусовому нерву;
- нерв доносит его до мозга, и мы чувствуем кислое.
Второй шаг объясняет давнюю загадку. Уксус кажется кислее, чем можно ожидать по его pH, привычной химической мере кислотности. Уксусная кислота слабая, и ее молекулы проникают сквозь оболочку клетки целиком, не распадаясь на ионы. Внутри они отдают протоны, клетка закисляется сильнее, и калиевый канал закрывается надежнее. Этот механизм лаборатория Лиман описала еще в 2015 году.
Почему кислое так заметно
Сигнал о кислом устроен как сигнал тревоги. Группа Цукера выяснила, что нервная цепочка от клеток, распознающих кислое, к мозгу изначально настроена на отвращение. Когда исследователи без всякой кислоты включали в стволе мозга мыши нейроны, отвечающие за кислое, животное реагировало так, будто попробовало кислоту.
Способность чувствовать кислое появилась еще у древних рыб и не исчезла ни в одной крупной группе позвоночных. У большинства животных кислый вкус вызывает отвращение, и люди, которым кислое нравится, по выводу исследования 2022 года, скорее исключение.
Ягода, которая делает лимон сладким
Кустарник Synsepalum dulcificum растет в тропической Африке, и его плоды называют чудо-ягодой. Кэндзо Курихара и Ллойд Бейдлер выделили из них в 1968 году белок миракулин. Если съесть такую ягоду, уксус и лимонный сок больше часа кажутся сладкими, а кислый лимон по вкусу напоминает сладкий апельсин.
Как это работает, в 2011 году разобрали в Токийском университете. Миракулин садится на рецептор сладкого и в обычных условиях его не включает. Включает его кислота - те же протоны, что идут через OTOP1. На этот час кислота для языка оборачивается сладостью.
Кислинка в паучах
У нас в каталоге кислинка вынесена прямо в названия вкусов серии ЗЛАЯ МОНАШКА х TPL SOUR - «Кислое яблоко», «Кислая малина», «Кислый барбарис», «Кислые лесные ягоды» и другие. Есть «Кислый грейпфрут» в линейке ARQA 100mg, а у марки MAD - «Лайм Лимон» и «Лимонад». Кислинку в этих вкусах язык ловит через тот же канал OTOP1, что и кислинку лимона.
Канал кислого и соленая лакрица
В 2023 году у белка OTOP1 нашлась вторая работа. Лиман и ее коллеги выяснили, что канал откликается на хлорид аммония, он же нашатырь, почти так же сильно, как на кислоту. Это вещество дает характерный вкус соленой лакрице. Мыши с работающим геном избегали нашатыря, а мыши без этого гена - нет.
Лиман объясняет такую чувствительность тем, что аммоний может быть ядовит, и распознавать его на вкус животным выгодно. Возможно, у языка есть шестой базовый вкус, и отвечает за него тот же канал, который в 2019 году признали рецептором кислого.
